DE2062209C3 - Festkörperlampe - Google Patents

Festkörperlampe

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Description

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Die Erfindung betrifft Festkörperlampen mit einer scheibenförmigen lichtaussendenden Diode, welche mit der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche auf einem Tragteil aus elektrisch leitendem Material befestigt ist.
Diese Festkörperlampen mit Dioden werden gewöhnlich aus einem ebenen Plättchen eines Materials wie Galliumarsenid, Galliumphosphid oder Siliziumcarbid hergestellt, das in geeigneter Weise mit einem Dotierungsmaterial dotiert ist, so daß sich ein p-n-Übefgangsbereieh bildet, der sichtbares oder Infrarot-Licht aussendet, wenn ein Strom hindurchgeht. Von dem durch den Übergangsbereich abgegebenen Licht tritt infolge der Totalreflexion im Diodenmaterial nur ein kleiner Bruchteil durch die Oberfläche der Diode aus. Dadurch wird der größte Teil des Lichtes reflektiert und im Innern des Diodenmaterials absorbiert. Die relativ kleine Lichtmenge, welche durch die Diodenoberfläche austritt, wird so gebeugt, saß sich eine halbkugelförmige oder »Lambert'sche« Lichtverteilung außerhalb der Diode bildet. Aus den obengenannten Gründen haben solche Festkörperlampen einen geringen Wirkungsgrad und erzeugen eine niedrige Lichtintensität.
Ein Weg zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Lichtleistung einer lichtaussendenden Diode besteht darin, das Diodenmaterial in die Form einer Kugel oder einer Teilkugel zu bringen. De- das Licht ei zeugende Übergangsbereich ist dann in dem Bereich zwischen dem Mittelpunkt und dem sogenannten »Weierstrass'schen Radius« der Kugel lokalisiert (deutsche Of fenlegungsschrif11 489 518). Dieses Verfahren ist nicht völlig geeignet, da das Diodenmaterial kostspielig ist und nur schwer zu einer Kugelform verarbeitet werden kann. Außerdem besitzt es einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten, wodurch die für die Herstellung der Kugel erforderliche größere Materialmenge einen beträchtlichen Lichtanteil absorbiert.
Aus der französischen Patentschrift 1 490 665 ist eine Festkörperlampe mit einer scheibenförmigen uchtaussendenden Diode bekannt, welche mit der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche auf einem Tragteil aus elektrisch leitendem Material befestigt ist. Das lichtaussendende Diodenplättchen ist an einem Punkt zwischen dem Mittelpunkt und dem Weierstrass'schen Radius eines kugelförmigen Epoxydmaterials eingeschlossen, welches einen Brechungsindex größer als 1 oder größer als der Brechungsindex von Luft besitzt. Dadurch wird der Grenzwinkel der Totalreflexion an der Diode erhöht, wodurch ein größerer Anteil des Lichtes aus der Diode austritt.
Bei der bekannten Diode liegt der Halbleiterkörper vollständig auf dem Tragteil auf. Bei dieser Anordnung wird die in Richtung des Tragteils ausgesandte Strahlung von dem Kleber oder dem Lötmittel weitgehend absorbiert oder in unerwünschter Richtung gestreut.
Es ergab sich daher die Aufgabe, die Lichtleistung und den Wirkungsgrad einer solchen Festkörperlampe dadurch zu erhöhen, daß die Absorption und .Streuung des Lichtes an der Verbindungsfläche der Diode mit dem Tragteil durch den Kleber oder das Lötmittel weitgehend beseitigt wird.
Diese Aufgabe wird bei Festkörperlampen mit einer scheibenförmigen lichtaussendenden Diode, v/elche mit der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche auf einem Tragteil aus elektrisch leitendem Material befestigt ist, gelöst, indem sie dadurch gekennzeichnet sind, daß alle Schichten der Diode lichtdurchlässig sind, daß das Tragteil eine erste Vertiefung mit reflektierenden Seitenwänden besitzt, die in Richtung auf eine Bodenfläche verjüngt sind, auf welcher die Diode aufliegt und an ihren Randteilen mit der Bodenfläche mechanisch und elektrisch verbünden ist, und daß in der Bodenfläche unter dem Hauptteil der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche der Diode durch Luft oder ein anderes Material mit niedrigem Brechungsindex begrenzt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die auf dem Tragteil aufliegende Grundfläche der Diode im wesentlichen quadratisch, die zweite Vertiefung ist kreisförmig und besitzt einen geringeren Durchmesser als die DiagonaSe der Diodengrundfläche, und
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die Diode ist nur in der Nähe ihrer Ecken an dem sehen Zuleitungsstab 17 befestigt. Ein zweiter elek-
Tragteil befestigt. trischer Zuleitungsstab 18 ist in einem Abstand von
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dem Stab 17 angebracht, und eine Verbindungslei-
ist ein durchsichtiges Einkapselungsmittel so an- tung 19 ist elektrisch mit dem oberen Ende dt s Sta-
geordnet, daß es die Diode mit Ausnahme der zur S bes 18 und der Oberseite der Diode 11 verbunden,
beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetz- Das Tragteil 12, die Diode 11, die Anschlußleitung
ten unteren Oberfläche, das Tragteil, die Anschluß- 19 und die oberen Teile der Zuleitungsstäbe 17 und
leitung und Teile der elektrischen Zuleitungsstäbe 18 werden durch ein Material 21 wie ein Glas oder
einhüllt und in ihrer gegenseitigen Lage hält. einen Kunststoff des Acryltyps oder ein Kunstharz ein-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die io gehüllt, welches optisch das von der Diode 11 er-
Oberfläche der Einkapselung oberhalb der in Ab- zeugte Licht durchläßt und so geformt ist, daß es
strahl richtung der Lampe liegenden Oberfläche der eine gewünschte Fokussierung oder Verformung des
Diode im wesentlichen halbkugelförmig gestaltet. Lichtbündels ergibt.
Dieser Aufbau der Festkörperlampe bringt den Bei diesem Aufbau gemäß der Erfindung ist der Grenzwinkel der Totalreflexion für die Lichtaussen- 15 Hauptteil der unteren, zur beabsichtigten Lichtabdung an der unteren Oberfläche der Diode auf ein Strahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche der Minimum und damit die innere Lichtreflexion an Diode 11 durch Luft begrenzt (oder durch Stickstoff dieser unteren Oberfläche auf ein Maximum. Da- oder ein anderes Material mit einem geringen Bredurch wird die nutzbare Lichtmenge erhöht, welche chungsindex), und dadurch wird der Grenzwinkel der durch die obere und die Seitenflächen der Diode aus- ao Totalreflexion an der unteren Oberfläche verringert, gesandt wird. Die polierten, schräg verlaufenden Sei- und man erhält eine maximale ;nnere Lichtreflexion tenwände der Vertiefung in dem Halteten reflektic- an der unteren Oberfläche unü dadurch eine Erhören das an den Seitenflächen der Diode abgestrahlte hung der nutzbaren Lichtleistung an der oberen Licht nach oben, so daß es zusammen mit dem durch Fläche und den Seitenflächen der Diode. Die polierdie obere Oberfläche der Diode abgestrahlten Licht 25 ten, geneigt verlaufenden Seitenwände 14 der ersten zu der nutzbaren Lichtleistung der Fesixörperlampe Vertiefung 13 reflektieren das an den Seitenflächen beiträgt. Die Anordnung kann in Kunststoff oder der Diode austretende Licht nach oben. Dadurch Glas eingehüllt werden. Die elektrischen Verbindun- werden der Wirkungsgrad und die Liehtausgangsleigen werden oben auf dem Diodenelement und an der stung der Lampe weiter erhöht. Ein geeigneter Neiunteren Fläche der Diode über das Tragteil, an dem 30 gungswinkel für die Seitenwände. 14 liegt im Bereich sie befestigt ist, hergestellt. von etwa 30 bis 45° bezüglich der vertikalen Achse.
Es folgt eine Erläuterung der Erfindung an Hand Das Einkapselungsmittel 21 besitzt einen relativ
einer Beschreibung und von Abbildungen einer bc- hohen Brechungsindex, und da es in Berührung mit
vorzugten Ausführungsform. der oberen Fläche und den Seitenflächen der Diode
Fig. 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer be- 35 11 steht, erhöht es den Grenzwinkel der Totalrefle-
vorzugten Ausführungsform der Erfindung; xion an diesen Oberflächen und vergrößert damit die
Fig. 2 ist eine Draufsicht einer auf ihrem Tragteil durch die Oberflächen abgestrahlte Lichtmenge. Der
befestigten Diode; obere Teil der Einkapselung 21 ist in einer Halbku-
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch Fig. 2 längs der gelform abgerundet, und die Diode 11 wird an oder
Linie 3-3; 40 zwischen dem Mittelpunkt und dem »Weierstrass-
F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Fest- 'sehen Radius« der Halbkugel angebracht, um die
körperlampe vor dem Einbau in eine Hülle. gewünschte Verteilung der Lichtstrahlung von der
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Lampe zu erhalten. Das Einkapselungsmittel 21 cr-
entsprechend dei Abbildungen umfaßt eine lichtaus- füllt zusätzlich zu den obigen Funktionen noch den
sendende Diode 11, die auf einem metallischen Trag- 45 Zweck, die Zuleitungsstäbe 17, 18 und die benach-
teil 12 befestigt ist. Das Tragteil 12 ist mit einer er- harten Bauteile in ihrer gegenseitigen Lage zu halten,
sten Vertiefung 13 versehen, welche polierte, geneigt Die Abbildungen zeigen die Festkörperlampe und
verlaufende, reflektierende Seitenwände 14 besitzt. ihre Teile zur besseren Übersichtlichkeit in einem
Am Boden der Vertiefung 13 ist eine konzentrische vergrößerten Maßstab. Bei einer bevorzugten Größe
zweite Vertiefung 16 vorgesehen. Die scheibenför- 50 ciner praktischen Festkörperlampe besitzt beispiels-
mige Diode 11 ist eben und quadratisch, wobei die weise die Einkapselung 21 eine Höhe von ct-
Kantenlängen des Quadrates etwa gleich dem Innen- wa6 mm.
durchmesser der kreisförmigen zweiten Vertiefung 16 Es ist zu beachten, daß die Fcstkörperlampe gesind. Die Diode 11 ist so auf dem Tragteil 12 in dem maß der Erfindung neben der erzielten Steigerung vertieften Bereich über der zweiten Vertiefung 16 be- 55 des Wirkungsgrades und der Lichiausgangsleistung festigt, daß die unten liegenden Eckenbereiche der einer Festkörperlampe auch noch auf praktische Diode Il elektrisch und mechanisch durch Löten Weise und wirtschaftlich herstellbar ist und die oder andere geeignete Mittel mit dem Tragteil 12 üblicherweise große kreisförmige Halteplatte oder verbunden sind. Das Tragteil 12 ist an einem elektri- Tragteil zur Befestigung der Diode beseitigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Festkörperlampe mit. einer scheibenförmigen Uchtaussendenden Diode, welche mit der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche auf einem Tragteil aus elektrisch leitendem Material befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten der Diode lichtdurchlässig sind, daß das Tragteil (12) eine erste Vertiefung (13) mit reflektierenden Seitenwänden (14) besitzt, die in Richtung auf eine Bodenfläche verjüngt sind, auf welcher die Diode aufliegt und an ihren Randteilen mit der Bodenfläche mechanisch und elektrisch verbunden ist, und daß in der Bodenfläche unter dem Hauptteil der Diode eine zweite Vertiefung (16) vorhanden ist, so daß der Hauptteil der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Oberfläche der Diode durch Luft oder ein anderes Material mii niedrigem Brechungsindex begrenzt ist.
2. Festkörperlampe nzich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Tragteil aufliegende Grundfläche der Diode (11) im wesentlichen quadratisch ist, daß die zweite Vertiefung (16) kreisförmig ist und einen geringeren Durchmesser als die Diagonale der Diodengrundfläche besitzt und daß die Diode (11) nur in der Nähe ihrer Ecken zn dem Tragteil (12) befestigt ist.
3. Festkörperlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ds" ein durchsichtiges Einkapselungsmittcl (2Λ) so angeordnet ist, daß es die Diode (11) mit Ausnahme der zur beabsichtigten Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten unteren Oberfläche,, das Tragteil (12), die Anschlußleitung (19) und Teile der elektrischen Zuleitungsstäbe (17, 18) einhüllt und in ihrer gegenseitigen Lage hält.
4. Festkörperlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Einkaoselung (21) oberhalb der in Abstrahlrichtung der Lampe liegenden Oberfläche der Diode (11) im wesentlichen halbkugelförmig gestaltet ist.
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